CN106415318B - 放射线测定装置 - Google Patents

Abstract

本发明的放射线测定装置包括：闪烁体，若有放射线入射，则该闪烁体发出萤光；光电倍增管，该光电倍增管将萤光转换成电流脉冲；前置放大器，该前置放大器将电流脉冲转换成模拟电压脉冲；脉冲放大器，该脉冲放大器基于增益控制值对模拟电压脉冲进行放大；放射剂量测定部，该放射剂量测定部基于脉冲放大器的输出来测定放射剂量；平均半值宽度测定部，该平均半值宽度测定部对于脉冲放大器的输出中具有设定的波高的电压脉冲测定半值宽度，通过处理既定的数据数量的该测定得到的半值宽度来求出半值宽度偏差；以及增益控制部，该增益控制部若从平均半值宽度测定部接收半值宽度偏差，则使用对半值宽度偏差与温度校正系数的关系进行关联的表格来决定增益控制值。

Description

放射线测定装置

技术领域

本发明涉及放射线测定装置，尤其涉及基于增益控制信号来补偿波高值的温度特性的放射线测定装置。

背景技术

放射线测定装置用于原子炉设施、乏燃料再处理设施等的排放管理、上述设施周边的放射线管理、或上述设施周边的环境放射线测定。放射线检测器具有温度特性，因此从放射线测定装置检测到的放射线的波高对应于温度的变化而变动(例如专利文献1～3)。为了对波高的温度变动进行补偿，提出了具备闪烁体、光电倍增管、放射线检测器、脉冲放大器、模拟/数字转换器、温度传感器、测定部的放射线监视器(例如专利文献4)。

闪烁体配备有NaI(Tl)结晶，若检测到放射线则发出萤光。光电倍增管将该萤光转换成电子，进行放大并输出电流脉冲。放射线检测器具备前置放大器，将该电流脉冲转换成模拟电压脉冲并进行输出。脉冲放大器输入有该模拟电压脉冲进行放大，并且去除叠加在该模拟电压脉冲上的高频噪声。模拟/数字转换器输入有该放大后的模拟电压脉冲，将模拟电压脉冲的波高转换为数字值，并输出波高数据。

温度传感器检测放射线检测器的温度并输出温度信号。测定部输入有波高数据及温度信息，通过对该波高数据进行剂量的加权来计算剂量率并进行输出，并且生成基于温度信号控制脉冲放大器的增益的增益控制信号并进行输出。在该放射线监视器中，由脉冲放大器放大后的模拟电压脉冲的波高由于放射线检测器的温度特性而变动，对此，控制脉冲放大器的增益，使得这些变动得到补偿。

此外，提出了关注无机闪烁体的发光衰减时间随着温度上升而变小的特性的放射线监视器(例如专利文献5)。该放射线监视器具备上升时间/温度转换部，以取代测定部，该上升时间/温度转换部输入有放射线检测器的输出脉冲并根据输出脉冲的上升时间来测定温度。基于上升时间/温度转换部的温度信息来控制脉冲放大器的增益，同样地对放射线检测器的温度特性进行补偿。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开昭63-95376号公报

专利文献2：日本专利实开昭63-47285号公报

专利文献3：日本专利特开平10-221452号公报

专利文献4：日本专利特开2005-77230号公报

专利文献5：日本专利特开平6-258446号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

放射线检测器的热容量比温度传感器大非常多，因此若采用利用温度传感器的温度信号来控制脉冲放大器的增益，对放射线检测器的温度特性进行补偿的方法，会发生补偿功能的效果显著降低的情况。例如，在室外暴露于日照中来测定环境放射线的情况下、或在设施内将过程流体(process fluid)作为试料来测定放射能的情况下，特别是将热容量较大、温度在短时间内产生较大变化的水作为试料来测定水中的放射能的水监视器的情况下，瞬态响应中会产生较大的差。

此外，根据放射线检测器的输出脉冲的上升时间测定温度的方法中，由于上升时间较短且波高参差不齐，因此上升时间的测定误差较大。其结果是，若根据上升时间/温度转换部的上升时间求出温度并进行波高值的温度补偿，则测定误差出现偏差，补偿误差变大。

并且，对于这两种方法，在有噪声侵入的情况下，补偿功能均有可能失去控制，因此稳定性不足。本发明的目的在于解决上述问题，提供一种使放射线测定装置(或放射线监视器)的放射线检测器的温度特性和与该温度特性对应的补偿功能的响应相一致的、稳定性良好的高精度的放射线测定装置。

解决技术问题的技术方案

本发明所涉及的放射线测定装置包括：闪烁体，若有放射线入射，则该闪烁体发出萤光；光电倍增管，该光电倍增管将萤光转换成电流脉冲；前置放大器，该前置放大器将电流脉冲转换成模拟电压脉冲；脉冲放大器，该脉冲放大器基于增益控制值对模拟电压脉冲进行放大；放射剂量测定部，该放射剂量测定部基于脉冲放大器的输出来测定放射剂量；平均半值宽度测定部，该平均半值宽度测定部对于脉冲放大器的输出中具有设定的波高的电压脉冲测定半值宽度，通过处理既定的数据数量的该测定得到的半值宽度来求出半值宽度偏差；以及增益控制部，该增益控制部若从平均半值宽度测定部接收半值宽度偏差，则使用对半值宽度偏差与温度校正系数的关系进行关联的表格来决定增益控制值。

发明效果

本发明所涉及的放射线测定装置能解决瞬态响应中产生较大的间隙且温度补偿产生误差的问题，能使温度特性与补偿特性的时间响应相一致，且能高稳定性、高精度地测定放射线。

附图说明

图1是表示实施方式1所涉及的放射线测定装置的结构的图。

图2是表示实施方式1所涉及的半值宽度数据列与恒定周期更新的关系的图。

图3是表示因放射线检测器的温度特性而在脉冲放大器输出中产生的电压脉冲的波高值及半值宽度的温度依赖性的图。

图4是表示与半值宽度偏差相对应的脉冲放大器的增益补偿量的关系的表格的图。

图5是表示脉冲放大器的增益补偿量与温度的关系的图。

图6是表示补偿前的波高值偏差与补偿后的波高值偏差的温度依赖性的图。

图7是表示与K-40的γ射线相对应的峰值波高值与窗宽度的图。

图8是表示实施方式3所涉及的噪声侵入判定与噪声侵入时的处理流程的图。

图9是表示实施方式4所涉及的放射线测定装置的结构的图。

具体实施方式

下面，根据附图详细说明本发明所涉及的放射线测定装置的实施方式。此外，本发明不限于以下的叙述，可在不脱离本发明的要点的范围内进行适当的变更。

实施方式1.

下面，基于附图对本发明的实施方式1进行说明。图1是表示实施方式1所涉及的放射线测定装置100的结构的框图。放射线测定装置100由放射线检测器1和测定部2构成。放射线检测器1包括闪烁体11、光电倍增管(光电倍增部)12、前置放大器13。闪烁体11配备有NaI(Tl)结晶，若有放射线入射则发出萤光。萤光通过光电倍增管12被转换成电流脉冲。若有萤光入射，则光电倍增管12将其转换成电子，进行倍增并输出电流脉冲。前置放大器13将该电流脉冲转换成模拟电压脉冲并进行输出。

测定部2包括脉冲放大器21、放射剂量测定部22、工程值计算部23、平均半值宽度测定部24、增益控制部25、显示操作部26。脉冲放大器21输入有从前置放大器13输出的模拟电压脉冲，基于增益控制值(或增益控制信号)进行放大，并且去除叠加于该模拟电压脉冲上的高频噪声。放射剂量测定部22输入有基于该增益控制值而放大后的模拟电压脉冲，并测定放射剂量。工程值计算部23基于该放射剂量计算作为工程值的每单位时间的放射剂量，并进行输出。放射剂量测定部22具备例如波高鉴别器221和计数部222。

波高鉴别器221为了去除波高水平较低的噪声，设定有波高鉴别水平。波高鉴别器221输入有经脉冲放大器21放大后的模拟电压脉冲，仅对波高鉴别水平以上的模拟电压脉冲输出数字脉冲。计数部222以恒定周期对该数字脉冲进行计数，并输出计数值。工程值计算部23基于该计数值进行例如用于抑制变动的时间常数处理以求出计数率，并进行输出。工程值计算部23根据需要例如对计数率乘上剂量率转换系数以转换为剂量率，并进行输出。

平均半值宽度测定部24对经脉冲放大器21放大后的模拟电压脉冲中、具有设定的波高的电压脉冲测定半值宽度，通过对该半值宽度进行移动平均来求出平均半值宽度及半值宽度偏差。移动平均使用既定的数据数量的半值宽度。增益控制部25根据与平均半值宽度的基准值的偏差(半值宽度偏差)、与放射线检测器1的温度的基准值的偏差、及与系统增益的基准值的偏差的关系，决定增益控制值(或温度校正系数)，并将增益控制信号输出至脉冲放大器21。脉冲放大器21输入有该增益控制信号，并使增益变化，对放射线检测器1的温度特性进行补偿。

系统增益的偏差因温度偏差而产生，最终呈现于脉冲放大器21输出的模拟电压脉冲的波高。增益控制值(温度校正系数)由增益控制部25决定，以使得基于由平均半值宽度测定部24求得的平均半值宽度的偏差来抵消脉冲放大器21的系统增益偏差。显示操作部26设有显示画面。该显示画面中显示从工程值计算部23输出的工程值，并且边观察该显示画面边进行测定部2的各种设定。高压电源27提供用于使放射线检测器1进行动作的高电压。由平均半值宽度测定部24求得的半值宽度偏差每隔固定周期被发送至增益控制部25。

平均半值宽度测定部24包括：脉冲宽度/电压转换部241、设定波高脉冲检测部242、平均半值宽度计算部243。脉冲宽度/电压转换部241输入有经脉冲放大器21放大后的模拟电压脉冲，在设定的波高水平上施加触发器，将该设定的波高水平的脉冲宽度转换成电压值。同样，设定波高脉冲检测部242输入有经脉冲放大器21放大后的模拟电压脉冲，在设定波高的脉冲的情况下，将单脉冲输出至脉冲宽度/电压转换部241。脉冲宽度/电压转换部241若输入有该单脉冲，则作为具有设定的波高值的输入的情况，将作为与该脉冲相对应的半值宽度的电压值输出至平均半值宽度计算部243。

观测数据的计算每隔固定周期进行。若在某一时间对观测数据进行了测量，则在测量下一次的观测数据之前经过多个恒定周期。该期间的经过时间通常短得可无视温度的变化。平均半值宽度计算部243保留有将测定得到的半值宽度按时间序列排列得到的半值宽度数据列，每隔恒定周期确认是否有半值宽度的数据输入。图2对于具有设定的波高的电压脉冲示出半值宽度数据列的示例。半值宽度数据列是从新到旧依次排列所设定的数据数量的半值宽度数据而得到的。此处，将对半值宽度数据列设定的数据数量设为5。

平均半值宽度计算部243从所设定数据数量的半值宽度数据列中按从旧到新的顺序删除数据，并按输入顺序追加最新数据，对于最新化后的半值宽度数据列求出平均半值宽度及半值宽度偏差，并进行输出。图中示出观测数据A～观测数据F如何通过移动平均被取入半值宽度数据列。最初，作为平均对象的半值宽度数据列，取入观测数据A～观测数据E。之后，若测量观测数据F，则舍去观测数据A，并更新半值宽度数据列。将观测数据B～F作为平均对象取入最新的半值宽度数据列。

图3示出因放射线检测器1的温度特性而在脉冲放大器21的输出产生的与模拟电压脉冲的基准值的波高值偏差、及与模拟电压脉冲的基准值的半值宽度偏差。两个曲线表示以20℃为基准时平均波高值相对于温度的偏差及以20℃为基准时平均半值宽度相对于温度的偏差。半值宽度偏差随着温度升高而变小。与此相对，波高值偏差在0～20℃中大致平坦，若达到20℃以上，则随着温度升高波高值偏差变小。根据图可知，波高值偏差相对于半值宽度偏差唯一确定。

可根据该实测数据求出相对于半值宽度偏差的温度校正系数(或温度补正系数)。图4表示示出半值宽度偏差与温度校正系数的温度依赖性的表格。增益控制部25从平均半值宽度计算部243以恒定周期接收平均半值宽度数据，通过图4所示的半值宽度偏差和温度校正系数的表格决定增益控制值(温度校正系数)，并输出增益控制信号。脉冲放大器21基于该增益控制信号控制增益。

图5是表示温度校正系数(或温度补正系数)的温度依赖性的图。放射线检测器1的温度校正系数在0℃到20℃的范围内等于1，从20℃开始逐渐增加。脉冲放大器21中，使用该温度校正系数对增益进行补偿，以抵消波高值偏差。图6表示补偿前的波高值偏差与补偿后的波高值偏差的温度依赖性。示出了在该增益补偿后、较宽的温度范围内波高值偏差呈平坦的情况。

放射线检测器1的前置放大器13包括对电荷进行积分的电容器C和对积分后的电荷进行放电的电阻R。从前置放大器13输出的模拟电压脉冲的上升时间及下降时间被由电容器C和电阻R决定的电路时间常数CR、及闪烁体11的萤光的衰减时间τ所支配。在电路时间常数CR＞衰减时间τ的情况下，上升时间依赖于衰减时间τ，下降时间依赖于电路时间常数CR。在该情况下，相比电路时间常数CR＜衰减时间τ的情况可获得相对较大的波高值，但脉冲宽度变长，因此高计数率下的线性度较低。在电路时间常数CR＜衰减时间τ的情况下，上升时间依赖于电路时间常数CR，下降时间依赖于衰减时间τ。相比电路时间常数CR＞衰减时间τ的情况波高值相对变低，但脉冲宽度变短，因此高计数率下的线性度较高。

作为放射线测量的计数率的上限，一般要求1×10⁷cpm左右。通过将电路时间常数CR和衰减时间τ设为大致相等，从而获得波高值与高计数率均取得平衡的优选的特性。若将电路时间常数CR和衰减时间τ设为大致相等，则闪烁体的衰减时间与上升及下降双方相关。由于闪烁体的衰减时间与温度的相关性被延续到半值宽度与温度的相关性，因此通过测定半值宽度能实现优选的温度补偿。

本申请所涉及的放射线测定装置基于放射线检测器1的放射线检测脉冲信号的半值宽度与温度的良好的相关性来补偿放射线检测器的温度特性，因此能获得良好的补偿精度。能使得温度特性与补偿特性的时间响应相一致，从而放射线测定装置的输出稳定，精度提高。在利用温度传感器的温度信号来控制脉冲放大器的增益并对放射线检测器的温度特性进行补偿的方法中，由于温度传感器与构成放射线检测器的闪烁体的热容量不同，因此在各自的瞬态响应中会产生较大的间隙，温度补偿会产生误差，但本实施方式所涉及的放射线测量装置能解决这一点。

实施方式2.

实施方式1中，平均半值宽度测定部24在本底谱线的计数率较高的任意的能量位置设定了测定半值宽度的波高值。实施方式2中，将与构成放射线检测器的构件所包含的K-40的γ射线能量1461keV对应的峰值波高值设定作为半值宽度测定的波高值。

图7表示从光电倍增管12输出的电流脉冲。测定的光谱具有本底谱线以及来自伽马射线(K-40)的峰值光谱。圆内的峰值光谱表示1461keV(γ射线能量)的峰值位置。峰值光谱中，P-ΔP表示半值宽度测定的下限波高值，P+ΔP表示半值宽度测定的上限波高值。例如若±ΔP/P＝0.05，则该范围的计数值在一分钟可获得一次计数左右，利用五分钟左右的移动平均获得精度较高的平均半值宽度，因此能进行精度较高且稳定的温度补偿。

实施方式3.

实施方式3中，在平均半值宽度测定部24的平均半值宽度计算部243中，判定满足了波高条件的各个输入脉冲的半值宽度W是否位于基准值Ws的允许范围±ΔWs。在判定为半值宽度W脱离了允许范围的情况下，将输入的电压脉冲的半值宽度视作噪声，并废弃该数据，以排除噪声的影响。即，若本次计算周期的平均半值宽度与前次计算周期的平均半值宽度的比脱离了所设定的允许范围，则平均半值宽度测定部24废弃本次计算周期的半值宽度数据，在输出前次计算周期的平均半值宽度的新的半值宽度数据脱离允许范围的情况下，输出前次计算周期的平均半值宽度。

图8示出了其过程。在步骤S1中，读取新的半值宽度W，在步骤S2中，判定是否具有新的半值宽度数据。若判定为否，则前进至步骤S6，利用前次的半值宽度数据列求出平均半值宽度及半值宽度偏差，并输出至增益控制部25，或者返回至步骤S1。若判定为是，则在步骤S3中判定是否满足Ws-ΔWs≤W≤Ws+ΔWs。若判定为是，则在步骤S4中对按时间序列排列的半值宽度数据列进行最新化，并前进至步骤S6。若判定为否，则在步骤S5中废弃该数据并前进至步骤S6，不使用最新的半值宽度数据而使用前次的半值宽度数据列来求出平均半值宽度及半值宽度偏差，或者在废弃后返回至步骤S1。在步骤S6中求出平均半值宽度及半值宽度偏差并输出至增益控制部25，返回至步骤S1。

在空中传播的电磁噪声对测定产生影响的电磁波是比检测器信号脉冲的频率高的10MHz以上的电磁波。从接地线或电源线侵入的噪声是比检测器信号脉冲要低的频率。根据实施方式3所涉及的放射线测定装置，通过对半值宽度设定允许范围来识别并排除噪声，从而能进行可靠性更高的温度补偿。

实施方式4.

实施方式1中，基于平均半值宽度计算部243的半值宽度偏差并利用增益控制部25决定温度校正系数，将其作用于脉冲放大器21的增益以补偿放射线检测器1的温度特性。实施方式4中，如图9所示那样测定部2具备波高分析部28。波高分析部28输入有经脉冲放大器21放大后的模拟电压脉冲并对波高进行分析，求出来自K-40的γ射线(1461keV)的峰值波高位置，该K-40包含于构成放射线检测器1的闪烁体11及光电倍增管12的玻璃等构件。

增益控制部25基于所求得的峰值波高位置的相对于基准位置(1461keV)的比的偏差来决定漂移补偿系数，计算出对温度校正系数(温度补偿用增益控制值)乘上偏移补偿系数而得到的增益控制值。从增益控制部25输出增益控制信号，将其作用于脉冲放大器21的增益来使放射线检测器1的随时间经过而产生的变化得到补偿。放射线检测器1的随时间经过而产生的变化(漂移)缓慢推移，因此例如以一天一次的频度来决定时刻并进行峰值波高位置的校正。

如上所述，本实施方式所涉及的放射线测定装置对放射线检测器1的温度特性进行补偿，并且利用波高分析部28以适当的间隔进行漂移补偿，以使得K-40的γ射线1461keV的峰值波高位置成为固定。由于使测定放射线检测器1的构成构件所包含的γ射线的半值宽度的波高位置稳定，因此能进行可靠性较高的稳定的温度补偿。

此外，本发明可以在该发明的范围内将实施方式自由地进行组合，或对各实施方式进行适当的变形、省略。

标号说明

1 放射线检测器、11 闪烁体、12 光电倍增管、

13 前置放大器、2 测定部、21 脉冲放大器、

22 放射剂量测定部、221 波高鉴别器、222 计数部、

23 工程值计算部、24 平均半值宽度测定部、

241 脉冲宽度/电压转换部、242 设定波高脉冲检测部、

243 平均半值宽度计算部、25 增益控制部、

26 显示操作部、27 高压电源、28 波高分析部、

100 放射线测定装置

Claims (7)

1.一种放射线测定装置，其特征在于，包括：

闪烁体，若有放射线入射，则该闪烁体发出萤光；

光电倍增管，该光电倍增管将所述萤光转换成电流脉冲；

前置放大器，该前置放大器将所述电流脉冲转换成模拟电压脉冲；

脉冲放大器，该脉冲放大器基于增益控制值对所述模拟电压脉冲进行放大；

放射剂量测定部，该放射剂量测定部基于所述脉冲放大器的输出来测定放射剂量；

平均半值宽度测定部，该平均半值宽度测定部对于所述脉冲放大器的输出中具有设定的波高的电压脉冲测定半值宽度，通过处理既定的数据数量的所测定得到的半值宽度来求出平均半值宽度，并进一步根据所求出的平均半值宽度与基准值来求出半值宽度偏差；以及

增益控制部，该增益控制部若从所述平均半值宽度测定部接收半值宽度偏差，则使用对半值宽度偏差与温度校正系数的关系进行关联的表格来决定所述增益控制值。

2.如权利要求1所述的放射线测定装置，其特征在于，

所述平均半值宽度测定部保留有将对具有设定的波高的电压脉冲测定出的半值宽度按时间序列排列得到的半值宽度数据列，在每次对具有设定的波高的电压脉冲测定半值宽度时，都更新所述半值宽度数据列。

3.如权利要求2所述的放射线测定装置，其特征在于，

所述平均半值宽度测定部使用所述半值宽度数据列并通过移动平均求出半值宽度偏差。

4.如权利要求1所述的放射线测定装置，其特征在于，

具有所述设定的波高的电压脉冲与1461keV相对应。

5.如权利要求3所述的放射线测定装置，其特征在于，

所述平均半值宽度测定部判定最新测定到的半值宽度是否脱离了允许范围，在判定为脱离了允许范围的情况下，废弃该最新测定到的半值宽度。

6.如权利要求3所述的放射线测定装置，其特征在于，

包括波高分析部，该波高分析部分析所述脉冲放大器的输出并求出与1461keV相对应的峰值波高位置，根据所求出的峰值波高位置与伽马射线的基准位置来决定漂移补偿系数。

7.如权利要求6所述的放射线测定装置，其特征在于，

所述增益控制部若从所述平均半值宽度测定部接收半值宽度偏差，则从所述表格读取出与所接收到的半值宽度偏差相对应的温度校正系数，

根据所读取出的温度校正系数和所述波高分析部输出的漂移补偿系数来决定所述增益控制值。